Будущее кремниевых пружин после истечения срока действия патента?

Пружина диаметром всего один сантиметр является сердцем часового механизма. Это стратегический компонент в нескольких отношениях. Изготовление – сложный процесс, которым владеют всего несколько компаний . Обычные пружины изготавливаются из сплавов железа и никеля, таких как Nivarox . Вот уже несколько лет кремний производит революцию в традиционном часовом деле. Кремний, заимствованный из полупроводниковой промышленности, обладает замечательными свойствами для изготовления пружин, превосходящих по своим характеристикам пружины, изготовленные из обычных металлических сплавов. Но до недавнего времени силиконовые пружины использовались ограниченным числом компаний, запатентовавших эту технологию… Ситуация может измениться, так как срок действия их патента уже истек. Мы вполне можем войти в кремниевый век.

ПРЕИМУЩЕСТВА КРЕМНИЕВОЙ ПРУЖИНЫ.

Не всем нравятся современные кремниевые пружины. Некоторые задаются вопросом, есть ли кремний в традиционных механических часах. Другие ставят под сомнение возможность восстановления механизмов с кремниевыми компонентами в ближайшие десятилетия без доступа к оригинальным запасным частям, в то время как повторное производство традиционной металлической спиральной пружины всегда будет возможно. Тем не менее, этот термически стабильный, немагнитный, легкий, износостойкий и прочный материал обладает замечательными свойствами для создания пружин, превосходящих те, которые изготовлены из обычных металлических сплавов.

Термокомпенсация – изменения температуры являются одним из ключевых факторов, которые могут повлиять на работу механического механизма и его генератора. В частности, изменение температуры приводит к изменению модуля упругости пружины. Термокомпенсация может быть выполнена с удивительной эффективностью для кремниевых пружин посредством окисления (что является одним из центральных пунктов патента, срок действия которого истек, — подробнее об этом ниже).

Хронометрия – производство DRIE (глубокое реактивное ионное травление) предлагает возможности для создания геометрии, которая не может быть достигнута для традиционных спиральных пружин, изготовленных из однородной полосы металла. При использовании кремния в разных частях пружины может быть реализована различная толщина. Это позволяет производить пружины с оптимизированной изохронностью, например, без необходимости поднятия конечной кривой. Если разработка кремниевой спиральки представляет собой сложную задачу, после определения оптимальной геометрии можно производить точные детали в больших количествах с постоянным качеством.

Устойчивость к магнетизму. Внутренние части часов могут быть намагничены, в частности, спираль и балансир, что негативно влияет на ход часов. Существует всего несколько альтернативных решений, позволяющих преодолеть основную слабость традиционных ферромагнитных пружин. Кремний является одним из них.

ПИОНЕРЫ КРЕМНИЯ И КОНСОРЦИУМ CESM.

Ulysse Nardin впервые применил кремний в часовой индустрии (с Людвигом Охслином и Пьером Гайгаксом по технической части), в частности, в часах Freak. Если у Freak 2001 года не было кремниевой спиральной пружины (тогда были только кремниевые спусковые колеса), то, как сообщается, Эшлин и Гайгакс работали над кремниевой спиралью в то время с Neuchatel IMT. Основная трудность, с которой столкнулись в то время, заключалась в чувствительности к изменениям температуры с большим дрейфом частоты, вызванным температурой.

Решение этой проблемы было разработано CSEM — Centre Suisse d'Electronique et de Microtechnique — и, в частности, Клодом Буржуа в рамках совместного исследовательского проекта, в котором участвуют Rolex, Patek Philippe и Swatch Group. Термокомпенсация достигалась поверхностным оксидом, SiO2 добавлялся в виде слоев, покрывающих поверхности кремниевой спиральки.

В эта технология, позволяющая производить сверхточные и термокомпенсированные кремниевые спиральки, была защищена патентом ( европейский патент EP1422436B1, поданный 25 ноября 2002 г. ). Поэтому он был ограничен компаниями консорциума CSEM, созданного Ulysse Nardin в рамках джентльменского соглашения .

Patek Philippe представила пружину баланса Spiromax® в 2006 году. В Swatch Group компания Breguet впервые применила кремниевые пружины баланса в 2006 году, прежде чем эта технология была использована для других брендов группы. Что касается Rolex, спираль Syloxi была представлена в 2014 году для калибра 2236, первого механизма нового поколения Rolex.

ВХОДИМ В КРЕМНИЕВЫЙ ВЕК?

Спустя 20 лет после того, как был подан первоначальный патент, и поскольку срок его действия только что истек (если быть точным, в прошлую пятницу), будет интересно посмотреть, кто объявит о новых проектах кремниевых пружин в будущем, тем более, что это, безусловно, откроет дверь к большему количеству инноваций. Но вопрос не так прост, как может показаться. Освоение промышленного процесса производства кремниевых пружин и достижение максимальной производительности по сравнению с пластиной — это немалые усилия, и их нельзя достичь за одну ночь. Кроме того, с 2002 года в этой области были зарегистрированы дополнительные патенты (например, определенные производственные процессы, определенные геометрические формы и определенные способы крепления пружины), и новым игрокам буквально нужно перемещаться по юридическому минному полю.

Во-первых, можно ожидать, что над такими проектами будут работать большие группы или бренды высшего уровня (некоторые, возможно, работали над этим уже несколько лет). Ради использования кремния, а также из соображений независимости в отношении производства стратегически важного часового компонента.

В частности, если институт TAG Heuer занимается разработкой пружин из углеродного композита , мы не удивимся, узнав, что бренды группы LVMH будут вести проекты в области силиконовых пружин. В 2018 году Richemont анонсировала свою технологию силиконовых пружин для волос Twinspir с Baume & Mercier Baumatic . Если бы производство было остановлено (из-за все еще существовавшего тогда патента CSEM), кремний вполне мог бы скоро вернуться к брендам Richemont… покажет только время.

Помимо этих крупных производителей часов, можно ожидать, что на этот рынок также выйдут более мелкие бренды и независимые поставщики.

Как пояснил Энди Фелсл, основатель независимой часовой марки Horage: - « Кремний даст толчок инновациям во всех слоях отрасли, как мы видели в конструкции спуска после истечения срока действия предыдущего патента в 2016 году. Кремний может предоставить большему количеству брендов возможность производить и поставлять высокопроизводительные механизмы для часов и энтузиастов, которые поддерживают эту отрасль». Теперь компания Horage готова оснастить свои механизмы силиконовыми пружинами после многолетней работы над развитием своей технологии (с партнером в Германии для травления кремния) и над процессом их сборки.

Sigatec — совместное предприятие, созданное Ulysse Nardin и Mimotec (теперь принадлежащее Acrotec) для производства кремниевых компонентов, — производит пружины уже много лет. До сих пор производство было ограничено только Ulysse Nardin, но Sigatec инвестирует в расширение своих производственных мощностей и открытие таких продуктов для сторонних брендов.

Среди швейцарских производителей балансовых пружин Atokalpa (компания, принадлежащая семье Сандоз, а затем связанная с Vaucher Manufacture и Parmigiani Fleurier ) действительно проводит исследования кремния. Что касается Precision Engineering, их внимание по-прежнему сосредоточено на парамагнитном сплаве PE5000.

И, конечно же, новых игроков следует ожидать за пределами Швейцарии. В частности, немецкий производитель Damasko с гордостью представляет на своем веб-сайте свою запатентованную спираль EPS … не говоря уже об Азии и Америке, например, Master Dynamic или Firehouse Horology (две фотографии вы можете увидеть ниже).

Хотя еще слишком рано точно знать, что было сделано некоторыми брендами за закрытыми дверями или что будет раскрыто в ближайшие месяцы/годы крупными брендами и группами, истечение срока действия патента

Консорциума CSEM явно открывает двери для интересных разработок. … однако, имея в виду, что многие другие патенты могли быть оформлены тем временем, чтобы по-прежнему защищать части технологии. Впереди интересные времена…

Примечание. В этой статье мы сосредоточимся только на кремниевых спиральных пружинах, не исследуя другие материалы или разработки новых типов генераторов и спусковых механизмов.

Автор: Ксавье Маркл.